中文手册基本技术

1、第三章 基本技术在IE3D中，一个电路用一组多边形表示，而一个多边形用一组顶点表示。本章通过一个斜面转角的建立和分析过程，一步步的说明基本的编辑技巧。运行MGRID前，建议先对要建立的电路做简单了解。首先应在电路中建立x和y坐标系，并标出每个顶点的x和y坐标，如果必要还要计算顶点间的距离。考虑一个复杂的电路时，尽量将电路分解成很多部分，尽量找出一个最小长度，这样其它长度都是这个最小长度的倍数，这个最小长度可以用作鼠标输入时的网格尺寸。上面的准备工作对电路的建立过程是有利的。第一节 长度单位、层参数和网格参数这里要建立一个顶视图如图3.1所示的斜面转角结构。作为默认值，在衬底下面将有一个无穷大接

2、地板，带有数字的小矩形是电路端口。如图3.2所示，可把这个电路分解成很多部分，并连接它们构成电路。多边形的互连将在下一章讨论，所以下面仍把这个斜面转角看作一个单个多边形来建立。建立x和y坐标如图3.1所示，最小长度是0.025mm，这样可将电路很好的填充到一个单元格为0.025mm的均匀网格中。而IE3D是一个基于非均匀网格的仿真器，这里引入均匀网格只是为了更加方便的用鼠标输入，在仿真该结构的网格化过程中将使用非均匀网格。图3.1一个斜面微带转角及参数第1步在ZELAND FOLDER中双击MGRID图标运行MGRID，也可从Zeland Program Manager中运行相应图标 (ZPM

3、或ZELAND.EXE)。第2步从File菜单中选择New。说明：在输入一个电路的多边形前，首先需要输入基本参数，基本参数包括长度单位、层参数、衬底参数、金属带参数和离散化参数。在File菜单中选择New时，MGRID将自动提示设置基本参数(如图3.3)。说明：基本参数包括6组参数：(1) 注释：对整个结构的注释；(2)长度：长度单位及结构最小长度； (3) 线路图和网格：线路图编辑的网格系统参数； (4)网格化参数； (5) 衬底层； (6) 金属带类型。图 3.2 斜面转角分割成三个多边形图 3.3 基本参数对话框图 3.4图 3.3 列表框中功能键的含义对于这里的结构，使用“mm”作长度

4、单位，并接受默认的最小长度。现在还没有定义线路图和网格，将在下一步定义线路图和网格参数。定义前需了解图 3.3中一些列表框上功能键的含义，这些键的含义如图3.4所示。第3步在图 3.3的Layouts and Grids列表框中选择Insert。反应：跳出编辑线路图和网格对话框 (如图 3.5)。说明：线路图参数 “X-From”， “Y-From”， “X-To” 和“Y-To”不表示电路的小。在默认模式下，IE3D的电路尺寸在x和y方向延伸到无穷远，线路图参数只定义编辑参考用的范围。默认网格尺寸Grid Size=0.025mm，这将定义一个单元格为0.025mm的均匀网格系统。用户必须理

5、解这一网格系统只是用作几何结构的，并不能用来网格化及数值仿真。图 3.5 编辑线路图和网格对话框第4步选择OK接受Layout and Grid的默认设置。反应：这个线路图和网格（Layout and Grid）将被添加到线路图和网格列表框中。如有必要，可在线路图和网格列表框中选择Insert添加更多的线路图和网格。在线路图编辑过程中可在一组线路图和网格中进行切换。第5步设置网格化频率“Meshing Frequency (Fmax)”从1到40 GHz，因为将把这个结构仿真到40 GHz。保留“Cells per Wavelength (Ncell)”为20。不选中自动边缘单元“Automa

6、tic Edge Cells”栏，它是用来提高准确度的，暂时不使用以实现更快的仿真。选中网格最优化“Meshing Optimization”栏，网格将实现最优化。说明：离散化频率越高，波长越短，电路也将更好的被离散化。高离散率意味着高准确度，但其代价是仿真时间将大幅增加。很多人担心结构的网格化过程，因为一些电磁仿真器的仿真结果是与网格化过程密不可分的。IE3D是一个时域法仿真器，当使用15-20个单元/波长并且在强耦合边缘使用小单元格时，仿真结果通常很稳定，第12章将把准确度作为一个专题进行讨论。IE3D采用一个自动边缘单元方案“Automatic Edge Cells (AEC)”，AEC

7、可显著提高仿真准确度，它能为初学者提供完美结果。同样，启用AEC时仿真时间将更长。网格最优化用来消除网格化过程中建立的非常规单元，非常规单元是指长度很大但面积很小的单元，它们总是为数值分析带来麻烦，通常应激活“Meshing Optimization”，除非不想让网格化过程改变手动建立的网格。一些用户可能困惑为什么不采用自适应网格化，经验表明，自适应网格化是不必要的，甚至会破坏一个MOM仿真。IE3D采用一个非常稳定的MOM算法，对于频响变化缓慢的结构，常规的非均匀网格化就足够好了；对于频响变化很快或者耦合强烈的结构，常规的非均匀网格化附加AEC将保证准确度；对于窄带结构，仿真的谐振频率可能会

8、有0.1%偏差，并且很难消除这0.1%的误差。然而，如果采用自适应网格化，将会得到一个不断反复永不停止的过程，因为0.1%的谐振频率误差可能在一些频率点上使S参数产生超过10dB的差别。无论怎样，自适应网格化能做到的，常规非均匀网格化和AEC都能做的更好，而IE3D中AEC不能做到的，自适应网格化也同样不能做到。如前所述，20单元/波长通常就具有足够的准确度，但这一经验法则是针对常规微波结构的，不适用于低频结构或特殊结构。对于数字电路，结构和波长相比太小，所以需要提高“Fmax”以确保结构在网格化时不至于只分成为数不多的几个单元；对于MIM电容器，甚至要将强耦合板也网格化成理想单元以获得准确结

9、果。其要领是，在电流变化较快的地方需要增加更多单元。对于比波长小很多的结构，为获得高准确度的结构，需要做更好的网格化。第二节衬底参数定义衬底参数包括介质衬底层数量、介质顶面z坐标、介质介电常数、导磁率和电导率，复介电常数、导磁率和电导率在仿真中得到。No.0介质层被默认为接地板，这个无穷大接地板定义为一个具有很高电导率的衬底。No.0衬底层上表面z坐标总等于0且不能改变，其它参数可据实际情况改变。例如，可定义No.0层电导率为0从而移走默认接地板。可随意定义多少个介质层，并且至少在上半空间定义一个介质层，这就意味着一个结构中至少要有2个介质层（包括No.0层，也就是接地板）。当上半空间用一种单

10、一介质填充时，可定义一个顶面z坐标非常大的介质层，例如 1.0e+10 mm 。定义介质层的实例可在附录T中找到。MGRID默认建立两层介质：No.0是电导率conductivity=4.9e+7s/m的金质良导体， No.1层是空气，其上表面z坐标Ztop=1.0e+15 mm，也就是说整个上半空间填充满空气。要仿真的电路有三个介质层(包括接地板)：No.0层为接地板，No.2层是上半空间的空气，也可忽略不计，No.1介质板参数如下：Top Surface Z-Coordinate， Ztop=0.1mm顶面z坐标Real Part of Permittivity， Re(EPSr)=12.

11、9介电常数的实部Loss Tangent of EPSr=0.0005EPSr损耗正切Real Part of Permeability， Re(MUr)=1.0导磁率的实部Loss Tangent of MUr=0.0MUr损耗正切Real Part of Conductivity=0.0s/m电导率的实部Imaginary Part of Conductivity=0.0s/m电导率的虚部IE3D中有两种定义衬底损耗的方法： (1)定义介电常数的虚部 (或损耗正切) ；(2) 定义电导率。从理论上说，它们是可以互相转换的，定义如下： erc=er- j s / ( we0 )=er ( 1

12、 - jtand)(3-1)其中er是实电导率，s是电导率，w是角频率，e0是自由空间复介电常数 (8.86 ´ 10-12 F/m)， tand是损耗正切。换句话说，有tand = -Im(erc) / Re(erc) = - j s / ( we0 er )(3-2)损耗正切总是非负数，介电常数的虚部总是正数。在实际应用中，总是把tand或s看作是与随频率无关的量。然而从(3-2)可以看出：当tand与频率无关时，s将与频率有关，反之亦然。为解决这一矛盾，定义 tand和s如下：erc =er ( 1 - j tand)- j s / ( we0 )(3-3)用户必须理解这并不是

13、tand和s的真实定义，这样作只是为了方便用户。如果用户想通过不依赖于频率的tand来定义材料，应在IE3D对话框中定义s=0；如果想通过不依赖于频率的s来定义材料，应在IE3D对话框中定义tand。如果为tand和s都定义非0值，那么这两个值都不是参数实际值。要定义依赖于频率的tand或s，最好办法是为两变量都定义非0值。在不久将发布的版本中，甚至将允许用户更加灵活的定义依赖于频率的tand和s。这里还显示了“Conductor Assumption Limit(CAL)”，此参数在Param菜单中Optional Parameter中定义（附录A）。在IE3D内部，高电导率的介质被看作是不

14、同于常规介质的，“CAL”用来判断哪一种介质将在IE3D中被看作高电导率介质。每一种介质通过一个“Cfactor”表示，如果一种介质的“Cfactor”超过了“CAL”，那么这种介质被看作高电导率介质。第6步选择Substrate Layers列表框上Insert(如图3.3和图3.4)，MGRID将提示建立一个新衬底层 (如图 3.6)。图 3.6 输入No.1衬底参数后的编辑衬底（Edit Substrate）对话框第7步确定选择的是“Normal”型，在对话框中输入No.1衬底参数(如图 3.6)并选择OK。反应：No.1衬底层被建立并显示在列表框。说明：可为衬底选择“HTS II”型，

15、后面讨论金属带的参数时解释“HTS II”。第三节 金属带参数定义下面定义结构中所用金属带的类型。对一般导体，印刷带参数包括带的厚度、介电常数、导磁率和电导率，至少要定义一个金属带。在几何图形编辑中输入一个多边形时，这个多边形总被默认为是第一种类型的印刷金属带，为调整一个多边形的印刷带类型，可选取要改变印刷带类型的多边形，在Edit 菜单中选择Object Properties项。也可为金属带类型定义“HTS I”、“HTS II”以及“薄膜电阻器thin film resistor”，“HTSI”和“HTS II”不表示不同类型的HTS材料，而是对HTS模式使用两个不同方程。要定义一个印刷带

16、类型，选择列表框上的Insert，线路图编辑器将提示选择一个类型并定义其参数。如果想定义所有输入的多边形并选取第二种印刷带，可删除默认的第一种印刷带类型，那么第二种印刷带类型将自动变为第一种印刷带类型。这个电路有一种印刷带类型，No.1型印刷带参数如下，它和默认的No.1金属带相同：Strip thickness=0.002mm微带厚度Real part of permittivity=1.0介电常数的实部Imaginary part of permittivity=0.0介电常数的虚部Real part of permeability=1.0导磁率的实部Imaginary part of p

17、ermeability=0.0导磁率的虚部Real part of conductivity=4.9e+7s/m电导率的实部Imaginary part of conductivity=0.0s/m电导率的虚部第8步在Metallic Strip Types列表框中双击No.1印刷带选中。反应：跳出编辑金属类型（Edit Metallic Type）对话框并要求编辑参数 (如图 3.7)。图 3.7 输入No.1金属类型参数后的编辑金属类型（Edit Metallic Type）对话框第9步不必改变参数因为这正是所需要的，选择OK，MGRID将在对话框中显示所有基本参数，因得到如图 3.8所示

18、参数。第10步选择OK，MGRID将准备建立电路的多边形。图 3.8 定义了所有参数的基本参数对话框现在MGRID中的线路图和网格已经完全表示出来了，蓝色矩形就是线路图，红色小点是网格，红线是x和y坐标轴，其交点是原点(初始x和y可能不是0)。用户应理解屏幕上蓝色矩形框并不表示电路边缘。对边界开路结构，IE3D假定衬底和接地板（如果已定义）的边缘延伸到无穷远；对边界闭合结构，IE3D允许用户定义边界包围的范围。线路图上的蓝色矩形框只是为了告诉用户其电路所处位置，在电路和结构尺寸上没有任何意义。Param菜单中还有一些其它参数，不必在每次构造一个新结构时都更改Optional Parameter

19、s的设置，将在以后对IE3D更加熟悉后说明Optional Parameters。第四节 2D多边形输入一个多边形通过一组顶点输入，MGRID中有很多输入顶点的方法，最简单的方法就是用鼠标画出这些点，电路中存在一个很好的最小长度时鼠标输入简单且准确。好的最小长度意味着可以这个最小长度为网格尺寸，将电路很好的填入到一个均匀网格。和一些其它仿真器不同，IE3D中线路图网格和仿真没有任何关系。小的线路图网格并不会减慢IE3D仿真，因为不必把一个结构填充到这个均匀网格。下面将用鼠标建立这个结构：第11步在Edit 菜单中选择 2D Input ，为“Z-coordinate”输入0.1， 选择 OK继

20、续。反应：在层窗口中将看到黑带移到“No.2，0.1000(mm)”层，这意味着输入将是针对这一层的。说明：选择Edit 菜单中的2D Input是改变输入层z坐标的一般方法。实际上可点击层窗口中所示的一个颜色较淡的特定层，于是输入层z坐标就转到了这一层。现在，可以逐点输入这个多边形。从图3.1可知第一个顶点位于x=0.0 mm和y=0.1mm，它在原点上方4格并位于垂直轴上。第12步将鼠标从原点上移4格，将在右上方状态窗中看到x=0，y=0.1，点击鼠标左键。说明：不必将鼠标恰好放到x=0.0 mm和y=0.1mm的网格点，只要鼠标距离网格点足够近，MGRID将自动把顶点放在网格点。移动鼠标

21、可计算光标到一个参考点（例如原点）的网格数，不断查看状态窗中的相对位置。如果一个顶点被放到了一个不希望的网格点，可通过单击鼠标右键或在Input菜单中选择Drop Last Vertice将其取消。要取消多个顶点，可不停点鼠标右键，也可在Input 菜单中选择 Drop All Vertices。反应：图3.1的顶点被建立在x=0.0mm和y=1.0mm，且在窗口中显示为一个小点，在这个顶点与鼠标光标之间有一条线也显示在窗口中。第13步将鼠标由原点右移4格，状态窗中显示x=0.1，y=0。点击鼠标左键输入顶点2。反应：图3.2的第2个顶点被建立在x=0.1mm，y=0.0mm，且在顶点1和顶点

22、2之间建立了一个边。第14步将鼠标从上一顶点右移26格，状态窗显示x =0.75，y=0，点击鼠标左键。反应：图 3.2的顶点3被建立在x=0.75mm，y=0.0mm，且在顶点2和顶点3间建立了一条边。第15步将鼠标从上一顶点上移3格，状态窗显示x=0.75，y=0.075，点击鼠标左键。反应：图3.2的顶点4被建立在x=0.75mm，y=0.075mm，且在顶点3和顶点4间建立了一条边。第16步将鼠标从上一顶点左移27格，状态窗显示x=0.075，y=0.075，点击鼠标左键。反应：图3.2的顶点5被建立在x=0.075mm，y=0.075mm，并在顶点4和顶点5间建立了一条边。第17步将

23、鼠标从上个顶点上移27格，状态窗显示x=0.075，y=0.75，点击鼠标左键。反应：图3.2的顶点6被建立在x=0.075mm，y=0.75mm，并在顶点5和顶点6间建立了一条边。第18步将鼠标从上个顶点左移3格，状态窗显示x=0，y=0.75，点击鼠标左键。反应：图3.2的顶点7被建立在x=0.0mm，y=0.75mm，并在顶点6和顶点7之间建立一条边。说明：顶点1到7已经依次连接，但是它们还没有形成一个多边形。要构成一个多边形，还要连接顶点1到7。第19步在Input 菜单中选择 Form Polygon。说明：有很多构成多边形的方法，一种就是在Input菜单中选择Form Polygo

24、n项。也可在顶点1处输入一个顶点，无论这两个顶点距离多近，MGRID将提示确定。如果MGRID不提示确定，那么很可能这个连接是无效的。第三个构成多边形的方法是双击鼠标左键。反应：一个多边形被建立并用颜色标志，这个多边形的颜色和层窗口中用z=0.1标记的色带相同，说明此多边形位于z=0.1mm的层。最后结果如图3.9。图 3.9 输入的斜面转角多边形第五节 定义端口和显示网格第19步已完成了斜面转角的创建 ，现在要定义端口。如果一个结构上没有任何端口，那么仿真引擎将无法运行。端口在多边形的边上定义，有很多定义端口的方法。Ports菜单中的Define Port命令允许用户选择一个边并在上面用鼠标

25、单击；Ports菜单中的Port for Edge Group命令使用户可以选中一组边。实际上，尽管Define Port在一些问题中更方便，Port for Edge Group用的更普遍，下面将在本例中使用Define Port。还有其它定义端口的方法，将在手册的后面讨论。第20步在Port 菜单中选择Define Port项。反应：跳出定义断口类型的嵌入形式列表。说明：IE3D中每个端口都和一个嵌入形式相联系，不同端口可能需要不同的嵌入形式，每一种嵌入形式只能解决某些类型的问题。为使IE3D更灵活，一共使用六种嵌入形式：(a) 微波集成电路扩展Extension for MMIC； (b

26、) 局部微波集成电路Localized for MMIC；(c)波扩展Extension for Waves; (d) 垂直局部Vertical Localized；(e)50波50 Ohms for Waves；(f) 水平局部Horizontal Localized。扩展嵌入形式包括 (a)、(c)和(e)，这些是最准确的，它们利用嵌入臂消除激励区内产生的高阶模。然而，它们需要附加扩展空间。局部列表包括 (b)、(d)和(f)，适用于没有端口扩展空间的高集成结构。Extension for MMIC是最灵活的扩展形式，它几乎可以用于任何情况，其准确度在高散射系统中可能会下降，将在第12章讨

27、论。对100微米厚的GaAs电路，Extension for MMIC可用于低于50GHz的微带结构。对于相同衬底的差动激励(耦合微带线或CPW)，无论衬底厚度怎样，Extension for MMIC仍很准确，因为即使在很厚的衬底时差动激励结构也具有少的多的散射。Extension for MMIC可用于差动激励、耦合端口和没有无穷大接地板的结构。Extension for Waves在微带和带状线结构中最准确，但它和TouchstoneÒ格式的EEs不兼容。其它五种形式和TouchstoneÒ格式的EEs兼容。50 Ohms for Waves对MMIC电路和滤波器设计

28、是最好的，但它只适用于具有无穷大接地板的分离端口，不能用于差动激励和耦合端口，这就是为什么把Extension for MMIC作为默认值的原因。Vertical Localized和Horizontal Localized是特别灵活的局部形式，默认为差动端口。Vertical Localized可完全代替Localized for MMIC，但不易设置，为简便仍保留Localized for MMIC，更多讨论见第12章。第21步选择 Extension for MMIC，选择OK接受嵌入列表分支中默认的“3 cells”。反应：MGRID被设定为定义端口模式，默认端口扩展（或嵌入臂）长度为

29、3个单元，也可在Param菜单中的Optional Parameters对话框改为其它值。为提高准确度，可增加扩展单元数。研究发现，3个单元通常就可产生很好且稳定的结果，但也有例外。如端口的扩展长度（用灰色表示）不比微带到地面的距离明显的大很多，就要考虑定义更多的扩展单元。对于更高准确度的仿真，用户可提高网格化频率和每个波长的单元数，这将提高单元密度，仿真准确度通常会更高，但这也并不是一直都成立的。端口扩展是通过单元的数目来确定的，随单元的变小它也将变短。为得到更高的准确度，还要增加扩展单元的数量第22步将鼠标移到图3.9中由顶点6和顶点7构成的边，单击鼠标左键。反应：端口1被定义了，由顶点6

30、和顶点7构成的边被加厚，边缘出现一个带有数字“1”的小矩形框。说明：端口定义是对层敏感的，如果2D输入的层不对，MGRID将不能找到边缘。如果看到“No edge is selected for the port”，很可能2D输入是在一个不同于z=0.1mm的层，应在层窗口中点击No.2(z=0.1mm)并重新选择边。第23步把鼠标移到图3.1中由顶点3和顶点4构成的边并点击鼠标左键。说明：定义了端口1后，MGRID仍然处于定义端口模式，如有必要可继续定义更多端口。反应：端口2被定义，此时的结构将如图3.10所示，只不过其中还没有网格。第24步在Port菜单中选择Exit Port继续2D I

31、nput模式(也可以在工具栏选取定义端口的图标退出定义端口模式)。说明：定义完端口后退出Define Port模式是一个好习惯，否则MGRID将一直处于定义端口模式中，这样就不能再进行其它操作。第25步在File菜单中选择Save，输入“c：ie3dpracticec_bend.geo”作为文件名。说明：用户在电路完成或未完成时都可保存电路的一部分，建议在建立大型电路时不断将改变存盘，这将避免数据的意外丢失。用户可能关心一个电路离散化后会是什么样子，或者想要把线路图和离散化电路作硬拷贝备份。第26步在Process 菜单中选择Display Meshing。说明：用户必须清楚，离散化过程总是在

32、仿真引擎中完成。这里的网格化过程，只是为了让用户理解电路网格化后是什么样子，而并不是必须的一步。建议用户在进行网格化之前保存电路，网格化过程是一个递归过程，对大型结构，如内存不足，在网格化过程中可能会因占用大量内存而出现内存问题。MGRID 9.0为用户提供了更多关于几何图形的信息。图 3.10 显示网格Display Meshing中的自动网格化参数对话框反应：提示更改最高频率“Highest Frequency”和单元尺寸“Cells per Wave- length”，自动化边缘单元“Automatic Edge Cells”以及网格最优化“Meshing Optimization” (

33、如图 3.10) 。第27步注意不要选中“Automatic Edge Cells”，此功能将在以后讨论。选择 OK接受默认值。将会跳出一个窗口显示网格化过程，结束后MGRID将提示在网格化过程中共创建了21个单元，并且单元最大尺寸为0.142mm。选择Continue，网格化后的结构如图3.11所示。说明：和AEC一样，网格化的单元密度由Fmax和Ncell的乘积决定。如果用户要更改单元密度，可以更改二者中的任何一个，如它们的乘积不变，那么就会得到相同结果。如果用户选择了过大的Fmax和/或Ncell，或者电路过大，以至于估算的最小单元数目超过了警戒限制，MGRID将发出警告，阻止这个因创建

34、的单元数过多而无法结束的网格化过程。网格化完成后，网格化的结构将显示一次，要保存网格化视图直到几何结构被更改，可选择保存网格化“Keep Meshing”。说明：从IE3D9.0起，内嵌臂的单元也一并显示。这里有4个单元而不是3个单元，因为在第21步中已指定，增加的一个单元留给馈源。正如所见，矩形单元用于规则区域，而三角单元用于非连续区。矩形单元的高效和三角形单元的灵活同时在IE3D得到充分利用。如果用户想对网格化的结构作硬拷贝，可以在File菜单中选择Print，将结构从与电脑相连的打印机中打印出来，对于网格化后结构中的位图图形，用户可按下ALT+PrtScr把窗口抓屏到剪贴板中，然后可将其

35、粘贴到附件中的绘图程序或者其它的图形处理程序。图 3.11 具有扩展端口的网格化结构图第六节 电磁仿真电路已经建立，下一步将完成电磁仿真，本节中说明如何设置仿真。第28步在Process菜单中选择Simulate。反应：跳出仿真设置对话框 (见图3.12)。说明：从MGRID7.0起，仿真设置在一个对话框完成，此前输入的数据将被保存，为此时的仿真所使用。仿真设置和最优化设置共用一个对话框。这里有一个“Capture”键，是用来捕捉以前仿真的频率点的，这些频率点保存在.sp(.spt，.s2p或.spm)文件。此外还有一个键叫做“Retrieve”，它使用户能从以前的仿真输入文件(扩展名为.SI

36、M)中重新找到仿真设置对话框中的多数数据，包括频率点和最优化目标（用于最优化）等。网格化参数非常重要，也可从这个对话框得到，同时还需为仿真输入频率点。时域方法仿真器如IE3D需对矩阵求解，在IE3D，求解矩阵的时间是最重要的部分。针对不同目的使用多个矩阵处理器，默认矩阵处理器是高级对称矩阵处理器Adv. Symmetric Matrix Solver (SMSi)，对阵矩阵处理器SMSi和SMS是用于一般目的且高效的矩阵处理器，且SMSi要比SMS快的多。然而，SMSi矩阵处理器只能用于Intel Pentium Pro，Pentium II，Pentium III， Pentium 4和AM

37、D Athlon CPU，SMSi矩阵处理器在更早期的CPU中会受到破坏。如果尝试这个例子时出现故障，那么可以100%的肯定电脑使用了更早期的CPU，必须选用SMS矩阵处理器。可在Param菜单的Optional Parameters中定义默认矩阵处理器。关于矩阵处理器的更多讨论见第12章。在多数情况下，用户对s-(y-，z-)参数的频响感兴趣。如果为得到完全的频响而对结构进行仿真，那么总应激活自适应智能拟和Adaptive Intelli-Fit (AIF)，AIF是一个非常高效且强大且准确的频响。然而，激活了AIF就不能激活保存电流分布文件saving the current distri

38、bution file和计算辐射方向图calculation of the radiation pattern，将在后面讨论。对天线的应用，当然对电流分布和辐射方向图感兴趣。对于那样的例子，将利用AIF对结构在很多个频点上进行仿真。然后，对感兴趣的频率点例如谐振点，在不激活AIF的条件下重新仿真。可在第二次的仿真中对特定的频率点激活保存电流分布和/或计算辐射方向图。对中小尺寸的结构，IE3D仿真几乎是交互式的。可以在对话框的Post-Processing组中选中自动调用Auto Invoke选项。仿真结束后IE3D将调用MODUA仿真器进行显示和后期处理。仿真设置之后有四个选项：(1)调用IE

39、3D“Invoke IE3D”；(2)只建立.SIM文件“Create .SIM file only”；(3)加入到队列“Append to Queue”(4) 调用网络版IE3D“Invoke IE3D for Net”。对交互式仿真或单个长仿真，可能会使用调用IE3D选项，它将立刻调用仿真器完成仿真。第四个选项是针对网络版IE3D的计算的，为使用这样的功能，用户需要持有ZDS/ZDM license，将在后面讨论ZDS/ZDM和网络分布IE3D计算。这里有两个准确度选项：2D仿真选项（快速For Speed和准确For Accuracy），以及3D仿真选项（常规Normal和准确For A

40、ccuracy），它们通过MGRID自动设置，用户通常不能对其进行改动。 For Speed一般用于自由空间中的结构，而For Accuracy通常用于多层介质。对话框中其它参数用于调谐和最优化，两者都需用户定义一些最优化变量，将在使用调谐和最优化时进行介绍。第29步在起始频率“Start Freq(GHz)”输入0.5，截止频率“End Freq(GHz)”输入40，频率数量“Number of Freq”输入80，按回车键并在对话框中选择 ENTER。反应：由0.5到40GHz共输入了80个频率点(如图 3.12)。说明：一些熟悉其它电磁仿真器的用户，可能不适应开始就定义这么多频率点。电磁

41、仿真一般是一个消耗时间的过程，一些仿真器可能在每一个频率都消耗很长时间，对于IE3D，不必对此担心。IE3D是一个快速且准确的仿真器。AIF可以使其最快，激活AIF后可随便定义多少个频点，这不会减慢仿真过程。事实上，为了得到圆滑曲线，建议在频带内定义足够的点。图 3.12 MGRID中的仿真设置对话框第30步确定所有其它参数都如图3.12所示，选择 OK 继续。反应：IE3D仿真引擎 (IE3D.EXE)被激活完成仿真(如图 3.13)。说明：仿真完成后，所有仿真数据保存到仿真输入文件：c：ie3dpracticec_bend.sim，这个文件被用作调用IE3D.EXE的命令行。当选择 OK，

42、IE3D仿真引擎IE3D.EXE被自动激活并完成仿真，其内部指令为：ie3d “c：ie3dpracticec_bend.sim”(3-4)必须使用双引号以防止路径名中空格引起的模糊，从IE3D9.0起，IE3D基于对话框形式，它为用户提供更多信息，且保留了早期版本IE3D控制台引擎的所有功能。现在要讨论仿真设置对话框中的After Setup选项，有三个选项：(1)调用IE3D“Invoke IE3D”；(2)只建立.SIM文件“Create .SIM File Only”；(3)添加到队列“Append to Queue”(4)调用网络版IE3D“Invoke IE3D for Net，如

43、果选择调用IE3D，IE3D仿真引擎将立即被调用来完成仿真，如果选择只建立.SIM文件，将创建（3-4）的.SIM文件，但命令将不会被执行。用户可以为一个新的结构使用一个新的仿真设置，然后写一个批处理文件(扩展名为.bat)依次运行几个仿真。批处理文件的每一行都和(3-4)相似，如没有为IE3D仿真引擎建立一个路径，还要在其中包含一个路径，IE3D.EXE的默认文件夹为c：program fileszelandexe，应把命令行写为：图 3.13 IE3D仿真引擎对话框“c：program fileszelandexeie3d” “c：my_directorymy_sim_file.sim”(

44、3-5)双引号是为了区别含有空格的文件名，在文件名中使用双引号总是安全的，反之，长文件名中的任何空格都会干扰操作系统。第三个选项是加入到队列，基本来说新版本的IE3D允许用户在Zeland Program Manager中建立一个仿真队列。Zeland仿真队列自动考虑仿真列表。这一功能使用户可对不同任务使用不同的IE3D license来使用网络中不同的机器，感兴趣的用户可阅读关于Zeland Program Manager的说明。要提交Zeland仿真队列中的一个仿真很简单，必须定义所有参数，选择加入到队列，然后选择OK。可能马上不会看到任何反应，但这个任务已添加到队列，它将通过使用该队列的

45、任何一个IE3D license运行。第四个选项是调用网络版IE3D，用做分布式IE3D计算和最优化，将在附录Z中对分布计算进行讨论。图 3.14频率响应的史密斯圆图第31步在现代计算机中，IE3D将在不足一秒的时间内结束仿真，并在IE3D仿真引擎对话框中显示所有信息(如图3.13)。仿真结束后，MODUA仿真器被自动调用并在史密斯圆图或其它表格中显示数据，这取决于MODUA的View菜单中Optional View Setting的设置。图3.14为MODUA显示的史密斯圆图，请最小化或关闭MGRID窗口。说明：IE3D结束仿真后，把数据保存到文件：c：ie3dpracticec_bend.

46、sp，然后调用MODUA显示参数。如不想调用MODUA，在第29步的仿真设置中，应不选中Auto Invoke。新用户可能会默认自动显示，下面演示怎样手动显示数据，这对理解IE3D的功能很有帮助。对.sp和.log文件再做一些说明，.sp文件包含HP/EEsof ÒTouchstone Ò兼容格式的结果，但不必使用相同的扩展名.s2p，因为把端口信息加入扩展名中很不方便。.log文件包含仿真的中间数据，如果用户要在上面的仿真中检查一些中间数据，需要查看文件：c：ie3dpracticec_bend.log。遇到错误时，IE3D引擎通常会提示，也可以查看.log文件。如果.l

47、og文件没有建立，就要打开命令提示行(startprogramscommand-prompt)并以（3-2）的形式在命令行中运行仿真器。中间信息将显示在命令提示行的窗口中，从IE3D 8.0起，遇到错误时建立的.log文件将在写字板中打开。如果MODUA默认设置不是显示史密斯圆图，用户可能看不到史密斯圆图窗口，要更改MODUA默认显示设置，可以在View菜单中选择Optional View Settings。第七节 参数和曲线拟和的图形表示图形表示在示意图编辑器MODUA中完成，上例中MODUA被激活完成显示功能。实际上这个过程可以手动完成，自动的方法可节省一些步骤，然而，为了解其中的细节，下

48、面演示怎样手动使用集成电路仿真器MODUA处理数据。第1步此时MODUA仍在显示数据，可将其关闭并从ZELAND FOLDER中重新运行MODUA，也可直接在File菜单中选择Display Parameter Module。反应：提示输入参数文件名。第2步选择文件c：ie3dpracticec_bend.sp并单击OK。反应：MODUA读取数据并在一个史密斯圆图中表示S11，S21和S22。说明：此图与图3.14相似，应是上节最后一步的结果。如在MGRID仿真对话框的Post Process中选择Auto Invoke，IE3D将自动执行本节第1步和第2步。实际上，Display Param

49、eters Module已是MODUA的一个简化命令。MODUA是一个标准网络仿真器，允许用户使用Add Parameters Module添加几何模块，以及用whole Element 菜单建立一个由不同单元组成的设计。于是，可建立一个包含S参数、IE3D几何文件和集总元件的频域仿真。用MODUA显示S参数时，Display Parameter Module命令避免了冗长的设计设置过程。在史密斯圆图中显示S参数时，如需其它格式的频响，可在Control菜单中选择Define Display Data或Define Display Graph，要查看设计设置，可以在Control菜单中选择Di

50、splay Toggle。这个设计包括三个模块：c_bend模块，port 1和port 2模块。作为默认设置，用户选择Display Parameter Module时显示的是史密斯圆图，如用户喜欢一个不同的默认值，也可以在View菜单中的Optional View Settings进行设置。第3步在File 菜单中选择 Display Parameter Module。说明：如果在仿真设置中没有激活自适应智能拟和“Adaptive Intelli-Fit (AIF)”，c：ie3dpracticec_bend.sp中的结果应和初始电磁仿真结果相同。因为选中了AIF激活键，c：ie3dpra

51、cticec_bend.sp的结果是通过一个专门的内插方式从c：ie3dpracticec_bend.spt获得的。激活AIF时c_bend.sp的结果是内插法结果，一些用户可能会对此怀疑，他们可能担心其准确度，建议这些用户不必担心。在实验室中已进行了大量的AIF仿真实验，几乎100%的AIF结果都和初始结果完美吻合，它可在一个很大的频带范围内，使用有限的几个频点捕捉多谐振天线和电路的细节。同样，大量用户每天都在使用IE3D，还没有收到过失败报告。这里要提醒高性能窄带(如0.5%)滤波器设计用户，对于这些应用，通带特性看上去正好是一个方波，通带内几乎是平坦的，并在一个很窄的频带内转入阻带。用户

52、应在包含通带及其临近的范围内使用Adaptive Intelli-Fit。对这样的滤波器，如在一个很大的频带内使用Adaptive Intelli-Fit，通带可以建立，但最终AIF将因数值仿真的字长有限而失败。第4步MODUA提示参数文件时请将文件格式由Parameter Files (*sp)改为Parameter Files (*.spt)，扩展名为.spt的文件被列出，选择c：ie3dpracticec_bend.spt。反应：MODUA给出c：ie3dpracticec_bend.spt的频响。说明：这是初始电磁仿真结果，可看到和图3.14相似的图形，但只有几个频点。第5步在View

53、菜单中选择 Graph Parameters，确定选择了Display Frequency且时间间隔（Interval）是1(如图 3.15)。选择 OK继续。图 3.15 MODUA的View菜单中Graph Parameters对话框反应：史密斯圆图中的图线重新显示，并标记以下频点：0.5，3.5，8，10.5， 20.5，25.5，30.5和40GHz。说明：电磁仿真只在这八个频率点上进行，所有其它频点值都是以内插替换的。第6步在Control 菜单中选择Define Display Data，选择 OK继续。反应：提示选择要显示的参数类型。第7步在列表框选择“dB and Phase

54、of S-Parameters”并选择OK。反应：提示选择要显示的项。第8步选择4个项：“dBS(1，1)”，“ANGS(1，1)”，“dBS(2，1)”和“ANGS(2，1)”，并选 OK 继续。反应：所选项的频响将显示在MODUA窗口，所选频率的数据如表3.1所示。表3.1 c_bend.spt的频率响应FreqGHzdBS(1，1)ANGS(1，1)dBS(2，1)ANGS(2，1)0.5-50.9938.88-1.86E-2-2.3743.5-38.1762.66-2.22E-2-16.598.0-32.3146.33-2.96E-2-37.9510.5-31.0435.41-3.52

55、E-2-49.8620.5-34.54-5.95-7.13E-2-97.9925.5-45.328.21-9.88E-2-122.430.5-39.2690.11-0.125-146.940.0-40.5352.20-0.126166.2第9步在File 菜单中选择 Print，选择正确的打印驱动并选择 OK。反应：数据的硬拷贝被打印出来了。第10步在File菜单中选择Save Displayed Data。反应：提示输入文件名，默认为“c_bend.lst”。第11步选择OK接受默认设置。反应：数据表将被保存到文件c：ie3dpracticec_bend.lst，可以用编辑器打开。第12步在

56、Control菜单中选择Define Display Graph。反应：提示选择要显示的参数类型。第13步在列表框中选择 “dB and Phase of S-Parameters”并选择OK。反应：提示选择要显示的项。第14步选4个项：“dBS(1,1)”,“ANGS(1,1)”,“dBS(2,1)”和“ANGS(2, 1)”，并选OK继续。反应：所选项的频响将在图中显示出来，可注意到图线不是很圆滑因为我们没有足够的频率点。第15步在Process菜单中选择Curve-Fitting and Interpolation。反应：提示曲线拟和形式及内插频率间隔。说明：有三种可用曲线拟和形式：Cu

57、bic Spline，Intelli-Fit和General Intelli-fit。Intelli-Fit是一种老的内插法，不是很充分。Cubic-Spline是一种很好的形式，但只在频点足够多时工作较好。General Intelli-Fit是和IE3D中的Adaptive Intelli-Fit相同的形式，通常总是使用General Intelli-Fit形式。第16步选择GENERAL INTELLI-FIT并选 OK 继续。反应：提示内插频率。第17步Start Frequency输入 “0.5”， End Frequency输入 “40”， Number of Frequencies输入 “80” ，选择 ENTER并选 OK 继续。反应：图中曲线变的圆滑，和图